Le comete

Generalità: Le comete sono conosciute fin dagli albori della civiltà. La subitaneità delle loro apparizioni in cielo e la spettacolarità delle loro code luminose, avevano assi  curato loro presso i popoli antichi la fama di portatrici di sventura. Il fatto che apparentemente apparissero senza preavviso in mezzo alle stelle fisse, che fossero visibili anche di giorno (solo alcune però) faceva sì che fossero espressione della collera degli dei nei confronti degli uomini. Solo durante il Rinascimento, ad opera di Tycho Brahe, le comete acquisirono il ruolo di oggetti celesti; Keplero riuscì a scoprire che esse erano caratterizzate da movimenti precisi e regolari e con Newton si arrivò alla conclusione che avessero un’orbita che assomigliava a un’ellisse o ad una parabola. La prima cometa di cui si sia calcolata con precisione l’orbita, riuscendo così a prevederne il ritorno, fu la cometa di Halley (che deve il proprio nome all’astronomo che nel 1682 si accorse che era la stessa apparsa nel 1531 e nel 1607 e ne calcolò per primo la periodicità.

Cosa sono: Le comete sono dei corpi costituiti da una testa che comprende un piccolo nucleo, circondato da una chioma luminosa di gas. La caratteristica peculiare di questi oggetti è però la presenza, nella parte della loro orbita più vicina al Sole, di una lunga coda, che spesso si prolunga su una grande distanza ed è sempre rivolta in direzione opposta al Sole stesso. Il nostro astro si trova immerso nei resti della nebulosa protosolare (il disco di gas e polveri da cui si sono originati il Sole e i pianeti) che contiene anche molti corpi piccoli sparsi sia tra le orbite dei pianeti, gli asteroidi, sia posti molto al di là del pianeta più lontano, le comete appunto. In un’orbita compresa tra 30.000 e 50.000 U.A (un’unità astronomica è la distanza media tra la Terra e il Sole) si trova infatti una quantità enorme di questi piccoli oggetti rocciosi dal diametro di pochi chilometri o dalla forma molto irregolare ricchi all’interno di componenti gassose e ghiaccio. Le perturbazioni gravitazionali planetarie, ma forse anche quelle delle stelle più vicine, spingono alcune comete a modificare la loro orbita, portandole nelle regioni dei pianeti maggiori, dove diventano visibili.

Nube di Oort: L'astrofisica olandese Jan Oort (1900-1992) ipotizzò per primo l’esistenza di questa “nube” di comete agli estremi del nostro Sistema Solare. A queste distanze dal Sole la temperatura è vicina allo zero assoluto e ciò ha causato la presenza in questi corpi di monossido di carbonio, metano e zolfo in forma molecolare, che già a qualche decina di gradi Kelvin diventano gassosi. Il numero di comete presenti all’interno della nube di Oort è molto probabilmente di diverse centinaia di miliardi. Anche se negli ultimi decenni è stata suggerita l’esistenza di una sorta di serbatoio delle comete a corto periodo, consistente in una fascia con un miliardo di oggetti situata oltre l’orbita di Nettuno; questa fascia prende il nome dell’astronomo che la descrisse nel 1951: Kuiper.

Orbite diverse: Quando una cometa subisce delle perturbazioni e la sua orbita si modifica avvicinandosi al Sistema Solare interno, viene catturata per azione della gravità dei pianeti, in particolare del più grande di tutti, Giove. Alcune comete hanno un’orbita iperbolica che le spinge una sola volta nelle vicinanze del Sole per poi lanciarle nello spazio interstellare; le orbite di altre invece sono ellittiche con un’eccentricità pi  ù o meno elevata che le conduce più volte vicino al Sole; tali comete si definiscono periodiche. Si chiamano comete a corto periodo quelle che compiono una rivoluzione in un tempo inferiore a un centinaio d’anni; in generale queste ultime hanno un’inclinazione sull’eclittica abbastanza piccola con orbite simili a quelle dei pianeti. Lontano dal Sole una cometa è invisibile, al pari di tanti altri piccole corpi, ma ogni volta che si avvicina alle regioni interne i raggi solari fanno sublimare nel nucleo parte del ghiaccio che va a formare la chioma e la coda insieme ai gas emessi. Dopo qualche centinaio di passaggi una cometa a corto periodo ha probabilmente esaurito il materiale che la costituisce, che può dunque evaporare. La cometa si riduce a un oscuro e minuscolo corpo tra i tanti. I materiali (polvere e gas) abbandonati lungo la scia della cometa possono incrociare l’orbita terrestre e, se attraversano la nostra atmosfera, creano gli sciami di meteore, visibili dalla superficie terrestre.

La chioma: Quando la cometa si trova nelle regioni più vicine al Sole, attorno al nucleo si forma un alone di gas, la chioma; per primi diventano volatili il monossido di carbonio e l’anidride carbonica e solo nella fascia tra Giove e Marte anche il ghiaccio va in sublimazione. Data la scarsa gravità esistente intorno al nucleo, il gas emesso si disperde nello spazio e viene rimpiazzato continuamente da nuovo materiale, ma la vaporizzazione avviene solo nel lato del nucleo rivolto verso il Sole, perché esiste una fortissima differenza di temperatura. Gli elementi principali, oltre a quelli già citati precedentemente, sono la formaldeide e il metano, ma nella chioma sono abbondanti anche piccole particelle solide e granelli di polvere di diametro inferiore al decimo di micron. Il materiale fuoriesce dal nucleo in getti violentissimi che possono arrivare a centinaia di migliaia di chilometri di lunghezza. Questa fuoriuscita avviene in linea retta, ma in seguito alla pressione esercitata dalla radiazione solare il materiale è accelerato in direzione opposta al Sole, formando una coda di polveri che però si separano a seconda delle dimensioni. La temperatura di questo alone che circonda il nucleo è, nelle zone da cui partono i getti, di circa -73°C sotto lo zero, ma, allontanandosi, la temperatura diminuisce fino a -253°C sotto lo zero. Solo quando le molecole presenti nella chioma si scindono a causa della bassa densità e liberano energia in una reazione esotermica la temperatura può risalire fino a circa –173°C. il diametro medio della chioma di una cometa è di circa 100.000 chilometri ma la sua densità e la sua massa sono molto piccole. Alcune molecole vengono decomposte e ionizzate dalla radiazione solare ultravioletta lungo la strada che le porta dal nucleo alla coda. Nelle regioni più vicine al Sole, infatti, il tasso di decomposizione delle molecole della chioma è più rapido a causa delle interazioni con il vento solare che le spinge in direzione opposta al Sole a formare.

Luminosità eccezionale: La luminosità apparente di una cometa dipende dalla sua distanza dal Sole e dalla Terra: la luminosità infatti è proporzionale circa alla quarta potenza della distanza dal Sole, il che indica che le comete non solo riflettono la luce ma la assorbono e addirittura ne emettono anche una certa quantità. In conseguenza di tutto questo un fattore importante da considerare per determinare la luminosità è il tasso di attività solare; in presenza infatti di un temporaneo aumento di questa attività si è visto che una cometa in avvicinamento al Sole può aumentare, improvvisamente e in modo consistente, la sua luminosità. Nelle comete di periodo molto corto la luminosità decresce leggermente da un passaggio all’altro, probabilmente a causa della perdita di materiale che ogni avvicinamento al Sole comporta.

Nucleo: Nell’ipotesi formulata dall’astronomo americano Fred Whipple il nucleo delle comete era assimilabile ad una “palla di neve sporca”. Secondo questo modello, confermato dalle immagini inviate dalla sonda dell’agenzia spaziale europea Giotto che nel 1986 si è avvicinata alla cometa di Halley, nel nucleo roccioso sono presenti ghiaccio d’acqua, polveri e altri gas congelati intrappolati dalla gravità, oltre a composti solidi organici. I nuclei delle comete hanno un albedo molto basso, quello della Halley è di 0,027, che significa che assorbe più del 97% della luce incidente; per questo motivo, quando sono a grande distanza dal Sole e i gas sono ancora congelati, sono praticamente invisibili. I colori del nucleo variano dal nero al grigio e al rosso, a seconda dei rapporti tra le polveri e il ghiaccio presente sulla superficie. La composizione chimica del nucleo era nota anche prima dell’incontro ravvicinato con la Halley grazie agli studi dell’analisi spettrale sui gas emessi: sono presenti silicati comuni, moltissimi elementi in forma atomica ma anche sotto forma di molecole composte (talvolta complesse) di carbonio, di ossigeno, di idrogeno e di azoto oltre a radicali OH. Il nucleo di una cometa ha la forma di un ellissoide a tre assi con dimensioni che variano da un chilometro a una decina, per esempio quello della Halley misura 8,2 X 8,4 X 16 km; le densità in genere sono basse, con valori compresi tra 0,2 e 1,2 volte quella dell’acqua. Anche i nuclei delle comete, come quelli di altri corpi celesti, sono in rotazione attorno a un asse, con periodi molto diversi: si passa da poche ore a una decina di giorni.

Code: Quando una cometa diventa brillante e quindi visibile, la caratteristica principale che si osserva è la sua coda. Nonostante le dimensioni incredibili che la coda può assumere, un km³ di coda contiene meno materiale di un mm³ di atmosfera ordinaria. La coda è formata dai gas della chioma e punta sempre in direzione opposta al Sole. Inizialmente si pensava che la sola pressione della radiazione solare fosse responsabile della direzione della coda, ma oggi si pensa che il vento solare sia il maggior responsabile. Il vento solare infatti consiste di particelle cariche emesse dal Sole; la forza esercitata da queste particelle sulla molecole di gas della chioma è 100 volte più forte di quella gravitazionale del Sole così che le molecole della chioma sono spinte indietro dal vento. Questo vento solare però non è costante e le sue variazioni sono responsabili delle sottili strutture che si possono osservare nella coda, anche i flares solari e le altre perturbazioni del Sole possono talvolta influenzare la forma della coda che perciò assume configurazioni differenti, piegandosi variamente. In realtà si dovrebbe parlare di code e non di coda perché ne esistono almeno due di natura diversa, una di gas ionizzato e una di polveri.

Le code di polveri: Le code di polveri, di colore giallastro, in genere assumono una forma curva e piegata e sono formate da singole particelle solide emesse durante l’espulsione dei gas dal nucleo. Queste code risentono sia della forza gravitazionale sia che della forza della pressione di radiazione del Sole e poiché quest’ultima è più grande per particelle piccole, si viene a determinare una separazione delle polveri in base alle dimensioni. Le particelle di dimensioni maggiori rimangono infatti vicine alla chioma, mentre quelle micrometriche vengono spinte in direzione del tutto opposta al Sole. La visibilità della coda dipende da molto fattori, come la quantità di polveri e di cristalli di ghiaccio presenti dispersi, e anche al contrasto con lo sfondo del cielo, ma anche dall’angolo tra la direzione di congiunzione tra noi e la cometa e il piano orbitale del corpo stesso.

La coda di gas: La coda di gas, di colore bluastro a causa del monossido di carbonio, è formata dalle molecole dei gas espulsi dal nucleo ed è quella che raggiunge le dimensioni maggiori (una coda di gas può essere lunga anche 100 milioni di km). Al contrario delle code di polveri, quelle gassose sono sempre rettilinee e hanno un angolo piccolo rispetto alla direzione opposta al Sole. In queste code sono presenti delle strutture, dei nodi e delle condensazioni che cambiano continuamente ma una dei fenomeni più spettacolari che può talvolta accadere è senz’altro la separazione improvvisa della coda dalla chioma per essere subito rimpiazzata da una nuova cosa di gas. Appena fuoriuscito dal nucleo, il gas viene subito ionizzato dalla radiazione ultravioletta del Sole e seguendo le linee di forza del vento solare, forma una coda composta di due aree di opposta magnetizzazione. La coda gassosa diventa visibile perché le molecole sono eccitate dalla radiazione solare ed emettono in frequenze caratteristiche.

                                                                                                    Piero D’Incecco